發(fā)動機(jī)是汽車的心臟，氣缸體、氣缸蓋、曲軸和凸輪軸等4C件作為其核心部件，其質(zhì)量直接關(guān)系著發(fā)動機(jī)的性能。在4C件制造中，腔室積屑、加工變形和切削液后處理成本等問題一直是發(fā)動機(jī)關(guān)鍵零部件制造的老大難問題，制約著產(chǎn)品交付質(zhì)量的提升和產(chǎn)品制造成本的降低。我司通過項目實踐，研究并應(yīng)用了對磨技術(shù)、柔性清洗工藝、模擬缸蓋技術(shù)、MQL技術(shù)和機(jī)群式布置等新工藝、新技術(shù)，有效地解決了以上問題。

      倒立磨技術(shù)

      倒立磨技術(shù)，即砂輪主軸垂直于底面，工件在機(jī)床內(nèi)豎直放置，兩個砂輪主軸驅(qū)動兩片CBN砂輪從工件兩側(cè)進(jìn)行對立式磨削，技術(shù)原理如圖1所示。

      倒立磨技術(shù)加工凸輪軸具有以下3個優(yōu)點：

1.加工時工件呈豎直狀態(tài)，將臥式加工中阻礙加工的工件重力轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏玫捻斁o力，避免了工件自身重力導(dǎo)致的產(chǎn)品變形，提高了凸輪軸磨削精度的保證能力。

2.雙磨削主軸以工件為軸線對稱分布，雙磨削主軸法向力相互抵消，使工件徑向受力平衡，通過中心架平衡掉法向磨削力，從而實現(xiàn)了凸輪軸磨削時的受力平衡，解決了凸輪軸加工中磨削力導(dǎo)致的產(chǎn)品變形。

3.CBN高效磨削技術(shù)，令效率倍增。磨削中采用了高強(qiáng)度、長壽命的CBN砂輪，而且磨削時2片CBN砂輪同時工作，使磨削效率大幅提升。

       柔性清洗工藝

       柔性清洗工藝拓展了加工中心的應(yīng)用范圍，創(chuàng)新性的實現(xiàn)了高壓清洗與加工的結(jié)合。該工藝充分利用了加工中心的柔性和加工中心內(nèi)冷系統(tǒng)的高壓特性，通過優(yōu)化加工中心刀具內(nèi)冷孔的結(jié)構(gòu)，在加工中利用從機(jī)床主軸中噴射出的用于冷卻主軸和刀具的高壓內(nèi)冷切削液，將高達(dá)5MPa的高壓內(nèi)冷水沖擊到加工部位，起到了很好的輔助斷屑效果;加工后采用專用刀具進(jìn)行定點高壓清洗，再次進(jìn)行高壓去毛刺;借助加工中心的聯(lián)動特性，針對清洗機(jī)無法有效清洗的部位進(jìn)行柔性清洗。

       柔性清洗工藝的突出優(yōu)點主要有4點：

1.清洗壓力高。壓力清洗的噴射力與噴嘴出口壓力開方成正比。機(jī)床內(nèi)冷壓強(qiáng)為5MPa，傳統(tǒng)壓力清洗機(jī)壓強(qiáng)為1.5MPa，在其他條件相同的情況下，機(jī)床刀具內(nèi)冷孔水流噴射力比用清洗機(jī)水流噴射力大2.12倍，用機(jī)床刀具內(nèi)冷孔的水流進(jìn)行切屑清洗會提高清洗質(zhì)量。

2.定向性好。刀具內(nèi)冷孔直徑為Φ1.5mm，孔徑小，有利于提高清洗射速及水柱定向性，不容易散射。

3.柔性高。加工中心可實現(xiàn)5軸聯(lián)動，能夠?qū)崿F(xiàn)多角度、無死角的清洗，可有效地解決異型曲面殘屑的問題。

4.成本低。將清洗與加工時間重合，大幅提高了設(shè)備利用率。

      模擬缸蓋技術(shù)

      發(fā)動機(jī)裝配中，在完成缸體與缸蓋裝配后，缸孔受到來自缸蓋的擠壓力，產(chǎn)生變形，引起缸孔與活塞間的摩擦力增大，影響發(fā)動機(jī)的性能、壽命。在缸體精加工前，裝配硬化的模擬缸蓋后進(jìn)行缸孔的精加工、超精加工，可以減小整機(jī)裝配后缸孔的變形，這種裝配模擬缸蓋后加工的技術(shù)即為模擬缸蓋技術(shù)。缸體裝配模擬缸蓋后進(jìn)行精加工，提前考慮了缸體、缸蓋裝配后產(chǎn)生的變形，有效地保證了裝配后產(chǎn)品的質(zhì)量。裝配模擬缸蓋與產(chǎn)品缸蓋的變形數(shù)據(jù)分析如表1、表2所示。

       通過對裝配真實缸蓋和裝配模擬缸蓋后的形變分析對比，可以發(fā)現(xiàn)，裝配模擬缸蓋后的變形趨勢與裝配真實缸蓋時的變形趨勢相同，形變量的差異較小，可以采用模擬缸蓋代替真實缸蓋進(jìn)行缸孔的精加工、超精加工。

       在裝配模擬缸蓋的情況下將缸孔加工到產(chǎn)品性能所需的參數(shù)要求，在拆除模擬缸蓋后，缸孔會出現(xiàn)變形，但在總裝線裝配真實缸蓋后，缸孔恢復(fù)到模擬缸蓋擰緊時的應(yīng)力狀態(tài)，從而保證了裝配后的各項精度。

       MQL技術(shù)

       MQL技術(shù)，即氣液混合微量潤滑技術(shù)，是一種新型的切削潤滑技術(shù)。將適量的MQL油與壓縮空氣混合后通過刀具內(nèi)冷孔噴射到加工面上，起到冷卻、潤滑和清理切屑的作用。目前該技術(shù)已經(jīng)在曲軸加工領(lǐng)域應(yīng)用，并在缸體、缸蓋加工中進(jìn)行推廣應(yīng)用的驗證。MQL技術(shù)原理如圖2所示。

       MQL技術(shù)作為一種綠色的準(zhǔn)干式加工技術(shù)，具有如下3點優(yōu)勢：

1.加工中無需更換MQL油，只需定期添加，無廢水排放，油霧經(jīng)設(shè)備凈化處理后直接排放，有效的避免了工業(yè)生產(chǎn)對環(huán)境的污染。

2.改善刀具切削條件，抑制及降低加工過程中產(chǎn)生的切削熱，提高了刀具壽命。

3.微量的MQL油代替了切削液，降低了輔料消耗和切削液的后處理成本。

      機(jī)群布置工藝

      機(jī)群布置的核心理念是工藝為主，布置適應(yīng)工藝，以少的工序數(shù)量加工出產(chǎn)品，多臺相同設(shè)備完成一道工序加工。機(jī)群布置工藝形式如圖3所示。

      機(jī)群布置工藝的優(yōu)點有：工序集中大化，產(chǎn)品裝夾次數(shù)少化，利于保證產(chǎn)品加工精度;輔助時間所占比重小，設(shè)備利用率高;一臺設(shè)備故障僅影響生產(chǎn)線少量產(chǎn)能，整線開動率高。其缺點有：產(chǎn)品加工一致性差;不便于產(chǎn)品質(zhì)量追溯;物流不暢;通常輔以桁架機(jī)械手來滿足質(zhì)量追溯及物流需求。

       機(jī)群布置工藝多在生產(chǎn)綱領(lǐng)較大的全自動生產(chǎn)線中采用。

       結(jié)語

       隨著工藝技術(shù)和裝備技術(shù)的進(jìn)步，新的工藝和技術(shù)不斷涌現(xiàn)出來，推動工業(yè)生產(chǎn)不斷向前發(fā)展，傳統(tǒng)機(jī)加生產(chǎn)線中所遇到的問題、長期以來未攻克的難題也都逐漸得到解決，在產(chǎn)品質(zhì)量保證能力不斷提升的同時，制造成本也得到很好的控制。

      采用倒立磨加工凸輪軸，可以避免凸輪軸在加工中因受自重而發(fā)生變形，使工件受力平衡，提高了產(chǎn)品加工精度和效率;在缸蓋加工中利用加工中心內(nèi)冷沖洗缸蓋水道、凸輪軸室等異形曲面，解決了工序過程中的積屑和卡屑問題;模擬缸蓋技術(shù)解決了缸體、缸蓋在裝配時出現(xiàn)的缸孔變形的工藝問題，保證了裝配質(zhì)量;氣液混合MQL技術(shù)實現(xiàn)了準(zhǔn)干式切削，減少了切削液的使用及對環(huán)境的污染;機(jī)群布置工藝實現(xiàn)了工序的集中，減少了輔助時間的占比，提高了設(shè)備利用率。